植物化学物的功能与人体健康

植物化学物的功能与人体健康主要内容植物化学物概述多酚类化合物含硫化合物皂甙类化合物第一节植物化学物概述植物含有多种低分子量的次级代谢产物(secondarymetabolites)。这些植物的次级代谢产物统称为植物化学物(phytochemicals)。从广义上讲，这些次级代谢产物是生物进化过程中植物维持其与周围环境(包括紫外线)相互作用的生物活性分子。一、植物化学物的分类植物化学物可按照它们的化学结构或者功能特点进行分类。(一)类胡萝卜素类葫萝卜素是水果和蔬菜中广泛存在的植物次级代谢产物，它们的主要功能之一是使植物显示出红色或黄色。人体每天摄人的类胡萝卜素大约为6mg。(二)植物固醇植物固醇(phytosterols)主要存在于植物的种籽及其油料中，如-谷固醇(-sitosterol)、豆固醇(stigmasterol)和菜油固醇(campesterol)。人每日从膳食中摄入的植物固醇为150～400mg，但人体能吸收的只占5％左右。(三)皂甙皂甙(saponins)是一类具有苦味的化合物，它们可与蛋白质和脂类(如胆固醇)形成复合物，在豆科植物中皂甙特别丰富。根据膳食习惯和特点，平均每日膳食摄入的皂甙约为l0mg，最高可达到200mg以上。(四)芥子油甙芥子油甙(glucosinolates)存在于所有十字花科植物中，它们的降解产物具有典型的芥末、辣根和花椰菜的味道。人体每日从膳食中摄入芥子油甙的量大致为10～50mg，素食者每日摄入量可高达1l0mg。(五)多酚多酚(polyphenols)是所有酚类衍生物的总称，主要为酚酸(包括羟基肉桂酸)和类黄酮，后者主要存在于水果和蔬莱的外层(黄酮醇)及整粒的谷物中(木聚素lignans)。(六)蛋白酶抑制剂植物蛋白酶抑制剂(proteaseinhibitors)存在于所有植物中，特别是豆类、谷类等种籽中含量更高。(七)单萜类调料类植物中所存在的植物化学物主要典型的食物单萜类(monoterpenes)物质，如薄荷(peppermint)中的薄荷醇(menthol)、葛缕子种籽(Carawayseeds)中的香芹酮(carvone)、柑桔油(citrusoil)中的柠檬油精(limonene)。单萜类物质的每日摄入量大约为150mg。(八)植物雌激素植物雌激素(phyto-oestrogens)是存在于植物中，可结合到哺乳动物体内雌激素受体上并能发挥类似于内源性雌激素作用的成分。异黄酮(isoflavones)和木聚素从化学结构上讲均是多酚类物质，但也属于植物雌激素。(九)硫化物植物次级代谢产物中的硫化物(sulphides)包括所有存在于大蒜和其它球根状植物中的有机硫化物。大蒜中的主要活性物质是氧化形式的二丙烯基二硫化物(diallydisulphide)，亦称蒜素(allicin)，新鲜大蒜中蒜素的含量可高达4g/kg。(十)植物凝血素植物凝血素(lectins)存在于大豆和谷类制品中，可能具有降低血糖的作用。除上述各种植物次级代谢产物外，还有一些植物化学物例如葡萄糖二胺(glucarates)、苯酞(phthalides)、叶绿素(chlorophyll)和生育三烯酚类等。二、植物化学物的生物学作用1、抗癌作用2、抗氧化作用3、免疫调节作用4、抗微生物作用5、降胆固醇作用(一)抗癌作用大约有30余种植物化学物质在降低人群癌症发病率方面可能具有实际意义。鉴于植物性食品具有潜在的预防癌症的生物活性，欧洲一些国家的食品法典委员会推荐将蔬菜和水果的每日消费量增加5倍。抗癌机理一：化学预防作用植物化学物(如芥子油甙、多酚、单萜类、硫化物等)通过抑制Ⅰ相酶和诱导Ⅱ相酶来抑制致癌作用。某些酚酸(phenolicacid)可与活化的致癌剂发生共价结合并掩盖DNA与致癌剂的结合位点，这种作用机制可抑制由DNA损伤所造成的致癌作用。抗癌机理二：植物雌激素对机体激素代谢的影响植物雌激素和芥子油甙的代谢物吲哚-3-甲醇(indole-3-earbinool)可影响雌激素的代谢。植物性雌激素在人肝脏可诱导性激素结合球蛋白(sexhormoriebindingglobulin，SHBG)的合成，这样就可增加雌激素与该种转运蛋白的结合，从而降低雌激素促肿瘤生长的作用。抗癌机理三：调节细胞生长(增生)如莱姆树中的单萜类可减少内源性细胞生长促进物质的形成，从而阻止对细胞增生的异常调节作用。植物化学物能对次级胆汁酸类代谢产物的内源性形成产生影响，减少初级胆汁酸合成的作用，并可抑制它们向次级胆汁酸的转化。从而抑制细胞增生。抗癌机理四：抑制血管生长，抑制肿瘤细胞的生长和转移如大豆中的金雀异黄素(genistein)和植物雌激素，食用大豆食品后在人体内可检出上述物质，在离体条件下已发现它们可抑制血管生长，并对肿瘤细胞的生长和转移也有抑制作用。(二)抗氧化作用发现植物化学物，如类胡萝卜素、多酚、植物雌激素、蛋白酶抑制剂和硫化物等具有明显的抗氧化作用。某些类胡萝卜素，如番茄红素和斑蝥黄(canthaxanthin)与-胡萝卜素相比，对单线态氧和氧自由基具有更有效的保护作用。在植物源性食物的所有抗氧化物中，多酚无论在数量上还是在抗氧化作用上都是最高的。有报道红葡萄酒中的多酚提取物以及黄酮醇(槲皮素)在离体试验条件下与等量具有抗氧化作用的维生素相比，可更有效地保护低密度脂蛋白胆固醇不被氧化。(三)免疫调节作用免疫系统主要具有抵御病原体的作用，同时也涉及到在癌症及心血管疾病病理过程中的保护作用。适宜的营养是免疫系统维持正常功能的基础，如能量、脂肪及某些微量营养素的数量和质量。类胡萝卜素对免疫功能有调节作用。对类黄酮的研究几乎全部是在离体条件下进行的，多数研究 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明类黄酮具有免疫抑制作用。而皂甙、硫化物和植酸具有增强免疫功能的作用。(四)抗微生物作用自古以来，某些食用性植物或调料植物就被用来处理感染。近年来，考虑到化学合成药物的副作用，又重新掀起了从植物性食物中提取具有抗微生物作用成分的热潮。球根状植物中的硫化物具有抗微生物作用。蒜素是大蒜中的硫化物，具有很强的抗微生物作用。芥子油甙的代谢物异硫氰酸盐和硫氰酸盐同样具有抗微生物活性。在日常生活中可用一些浆果，如酸莓和黑莓来预防和治疗感染性疾病。一项人群研究发现，每月摄入300ml酸莓汁就能增加具有清除尿道上皮细菌作用的物质，可见经常食用这类水果可能同样会起到抗微生物作用。(五)降胆固醇作用以皂甙、植物固醇、硫化物和生育三烯酚为代表的植物化学物具有降低血胆固醇水平的作用，血清胆固醇降低的程度与食物中的胆固醇和脂肪含量有关。以皂甙为例，植物化学物降低胆固醇的作用机制可能如下：皂甙在肠中与初级胆酸结合形成微团，因这些微团过大不能通过肠壁而减少了胆酸的吸收，使胆酸的排出增加，皂甙还可使内源性胆固醇池增加初级胆酸在肝脏中的合成，从而降低了血中的胆固醇浓度。此外，存在于微团中的胆固醇通常在肠外吸收，但植物固醇可使胆固醇从微团中游离出来，这样就减少了胆固醇的肠外吸收。植物化学物可抑制肝中胆固醇代谢的关键酶，其中最重要的是羟甲基戊二酸单酰CoA还原酶(HMG-CoA)，其在动物体内可被生育三烯酚和硫化物所抑制。在动物实验花色素中的茄色甙(nasunin)和吲哚-3-甲醇也有降胆固醇作用。这些实验结果使用的均是植物化学物单体，而植物性食物中还存在诸如膳食纤维等其它的降胆固醇物质，因此将这些实验结论直接外推用于人尚需慎重考虑。植物化学物所具有的其它促进健康的作用还包括调节血压、血糖和血凝以及抑制炎症等作用。三、蔬菜和水果对健康保护作用的流行病学证据对200多项流行病学研究结果进行分析，证实了大量食用蔬菜和水果可以预防人类多种癌症。通常摄入蔬菜和水果量大的人群较摄人量低的人群癌症发生率大约低50％。新鲜(生)蔬菜和水果可明显降低癌症发生的危险性，对胃肠道、肺和口腔/喉的上皮肿瘤证据最为充分。对激素相关肿瘤保护作用的证据较少，但乳腺癌和前列腺癌的低发病率似乎与食用大量蔬菜有关。除降低癌症发生的危险性外，流行病学证据还显示摄入大量蔬菜和水果可降低男性脑卒中的危险性。根据植物化学物作用的现有知识，可认为植物性食物中的非营养性膳食成份具有有益健康的作用，植物化学物与维生素、矿物质、微量元素和膳食纤维一样，都是蔬菜和水果中发挥抗癌和抗心血管疾病作用的重要成分尚需对某些植物化学物与特殊疾病发病率之间的关系，进行进一步的流行病学调查及实验研究才可能对其加以系统阐述。此外，还需要识别出一些短期的生物标志物作为人类摄取的植物化学物发挥长期健康保护作用的指标。只要人们的饮食习惯不发生改变，植物化学物潜在的毒性就可以忽略，目前即使对素食者的观察也未发现植物化学物的毒副作用。但特别值得注意的是某些人工培育或基因工程生产的植物化学物，即使按正常饮食习惯食用也可能会产生毒性作用。第二节多酚类化合物多酚类化合物主要是指酚酸及类黄酮，后者亦称黄酮类化合物，本重点介绍黄酮类化合物。一、黄酮类化合物的结构与类型从结构上主要可分为6类：1、黄酮及黄酮醇类2、二氢黄酮及二氢黄酮醇类3、黄烷醇类4、异黄酮及二氢异黄酮类5、双黄酮类6、其它，如查耳酮、花色甙等天然黄酮类化合物系为上述基本母体的衍生物，常见取代基有-OH、-OCH3等二、黄酮类化合物的生物学作用黄酮类化合物的许多生物活性均与其抗氧化活性有关，而不同的黄酮类化合物具有不同的抗氧化活性，它们对自由基清除作用的强弱主要与其结构有关。(一)抗氧化作用黄酮类化合物具有良好的抗氧化性能和清除自由基的能力。脂质过氧化是一个复杂的过程，黄酮类化合物可通过两种机制来影响该过程。1．直接清除自由基黄酮类化合物可阻止不饱和脂肪酸、花生四烯酸的过氧化，减少对生物膜的破坏。另外黄酮类化合物还可经单电子转移方式直接清除单线态氧、羟自由基等。黄酮类化合物可阻断自由基的传递过程，中断链锁反应。2．间接清除体内自由基黄酮类化合物可与蛋白质进行沉淀，作用于与自由基有关的酶，如槲皮素可抑制黄嘌呤氧化酶的活性，槲皮素、桑色素对细胞色素P450也有抑制作用，从而抑制体内的脂质过氧化过程。黄酮类化合物还可与具有诱导氧化作用的金属离子络合。植物化学物与其它营养素合用时可具有协同作用，明显增加其抗氧化能力(二)抗肿瘤作用研究发现茶中所含的聚酯型儿茶素成分能诱导癌细胞分化和凋亡，这种成分对动物肿瘤生长有明显抑制作用，对体外培养的人急性早幼粒白血病细胞株、肝癌细胞株、肺癌细胞株的生长也有明显抑制作用。绿茶含有的多酚主要为黄烷醇和酚醛酸等。茶叶的抗癌作用机制主要包括阻断亚硝胺类致癌物的合成、干扰致癌物在体内活化、清除自由基、抗突变、对肿瘤细胞直接抑制，增强机体的免疫功能等。但也有不乐观的报道，发现茶可增加患膀胱癌和食管癌的危险性。红茶多酚也称茶色素，茶色素有别于绿茶多酚的化学结构。日本科学家曾报道饮用绿茶、红茶提取物的小鼠对肺癌和肝癌均有化学预防作用。此外，红茶提取物对急性早幼粒白血病，细胞(HL60)有较强的细胞毒性作用。大豆异黄酮是大豆及其制品中的一类黄酮类化合物，主要有黄豆甙原(7,4-二羟基异黄酮，daidzin)和染料木苷(5,7,4-三羟基异黄酮，genistin)，它们只有被细菌分解或在胃内被水解成大豆甙(daidzein)和染料木黄酮后才具有雌激素活性。尽管两者不是甾体激素，但因其能与雌激素受体结合而发挥微弱的雌激素效应，故称其为植物雌激素。对激素相关的癌症(如乳腺癌)有保护作用染料木黄酮还可抑制调节细胞分化的酪氨酸激酶活性，也可抑制DNA修复的交联异构酶。异黄酮还可作为抗氧化剂防止DNA氧化性损害，通过诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞的癌基因表达等抑制肿瘤生长。较高浓度染料木黄酮可以抑制肿瘤细胞生长所需的血管生成。大豆异黄酮对前列腺癌、结肠癌、胃癌和肺痛均有保护作用。(三)保护心血管作用大量消费大豆食品的人群心脏病发病率低，主要原因是黄豆苷元可减少体内胆固醇的合成，降低血清胆固醇浓度。对茶多酚和茶色素的基础研究表明它们在心脏血管疾病预防中具有重要意义。葛根素对心脑血管也同样具有保护作用。银杏叶的提取物有解痉，降低血清胆固醇及治疗心绞痛等功效。原花青素也广泛存在于植物界，属于双黄酮衍生物的天然多酚化合物，这类化合物有保护心血管和预防高血压的作用，其作用原理是提高血管弹力、降低毛细血管渗透压。(四)抗突变作用茶提取物可明显抑制烤牛肉中二甲基亚砜提取物、2-氨基芴和4-硝基喹啉-N-氧化物等诱变剂的致突变性。银杏叶提取物、葡萄籽提取物原花青素及牛蒡提取物均有抗突变作用。某些蔬菜、水果的抗突变作用与褐变度及其酚含量之间存在一定的相关性，褐变度高、多酚类物质丰富的蔬菜和水果具有较强的抗突变作用，牛蒡属其中之一。(五)其他生物学作用葛根素：对细胞免疫功能和非特异性免疫功能均有提高作用；解酒作用；与抗胆碱、解痉、增加脑血流量、改善学习记忆等有关。原花青素：改善皮肤过敏症状；改善过敏性哮喘；改善各种关节炎、胃、十二指肠溃疡等病。大豆异黄酮(亦称植物雌激素)：增加骨密度。第三节含硫化合物一、大蒜的化学成分微量元素主要包括镁、钠、铁、磷、锌、铜、硒等。大蒜中几乎含有人体需要的所有必需氨基酸，其中半胱氨酸、组氨酸、赖氨酸的含量较高。大蒜中的维生素主要是维生素A、维生素B和维生素C，另外大蒜中还含有前列腺素A、前列腺素B和前列腺素C。大蒜中含硫成分多达30余种，其中主要的含硫化合物有二烯丙基－硫化物、二烯丙基二硫化物和二烯丙基三硫化物。具有特殊臭味的挥发油及其它组成。二、大蒜的生物学作用(一)抗突变作用对诱变剂2-氨基芴诱发的Ames试验菌株TAl00的回变有抑制作用。对抗甲基硝基亚硝基胍、丝裂霉素、苯并芘(所诱导的SOS反应。苯并芘诱发的小鼠遗传损伤的保护作用(二)抗癌作用唾液酸(sialicacid，SA)是一种有效的肿瘤标志物。食用生大蒜后肿瘤患者SA的含量明显下降，表明长期食用大蒜有防癌作用。蒜叶、蒜瓣、蒜油、鲜蒜汁、蒜泥、蒜片及蒜粉等均有抗癌效果。(三)对免疫功能的影响具有提高细胞免疫、体液免疫、非特异性免疫功能的作用。(四)抗氧化和延缓衰老作用大蒜及其水溶性提取物对羟自由基、超氧阴离子自由基等活性氧有较强的清除能力，从而阻止体内的氧化反应和自由基的产生。大蒜提取物可影响正常人皮肤纤维细胞的生长，大约在475天就能使细胞发生55～66次群体倍增，说明大蒜提取物能延长正常细胞的寿命，具有延缓衰老的作用。第四节皂甙类化合物一、大豆皂甙的化学结构大豆皂甙是从大豆中提取出来的化学物质，其分子由聚糖与齐墩果烯三萜连接而成，即为萜类同系物(称为皂苷元)与糖缩合形成的一类化合物(这也是皂甙类化合物共同的结构特点)。二、大豆皂甙的生物学作用(一)抗突变作用大豆皂甙可能是通过减少自由基的产生或加速自由基的消除而使DNA免受损害。(二)抗癌作用大豆皂甙可抑制人类多种肿瘤细胞（如胃癌、乳腺癌、前列腺癌等）的生长。有人认为大豆皂甙是通过直接破坏肿瘤细胞膜结构而达到抗癌作用的。(三)抗氧化作用皂甙因抑制血清中脂类氧化而减少过氧化脂质的生成，从而防止过氧化脂质对细胞的损伤。(四)免疫调节作用大豆皂甙对T细胞功能有明显增强作用，具有使IL-2分泌增加、促进T细胞产生淋巴因子、提高B细胞转化增殖、促进体液免疫功能的作用。皂甙类化学物还具有溶血、降低血清胆固醇含量以及改善心肌缺血的作用(六)抗病毒作用大豆皂甙具有广谱的抗病毒能力对单纯疱疹病毒、腺病等DNA病毒有作用对脊髓灰质炎病毒和柯萨奇病毒B3等RNA病毒也有明显作用对人类艾滋病病毒也具有一定的抑制作用